Hidrológiai Közlöny 1987 (67. évfolyam)
2-3. szám - Czakó Lajos–Miháltz Pál–Üveges Gábor: Nitráteltávolítás ivóvízből biológiai eljárással
CZAKÓ L.—MIHALTZ P.—ÜVEGES G.: Nitráteltávolítás 115 ság igénye az eljárás kialakításánál már eleve meghatározták a lehetséges változatokat. Az eljárás laboratóriumi szinten megbatározott biológiai, vízkémiai jellemzői, kiegészítve néhány általános —a biológiai denitrifikálás tárgykörébe tartozó — ismerettel, a következőkben foglalhatók össze. 2. 1. A nitrát, mint terminális elektron akceptor A bioszféra, s így a természetes vízi környezet bakteriális folyamatainak sokfélesége visszavezethető a terminális elektron akceptorok nagy választékára is. A környezeti feltételektől függően az oxigén, a nitrát, a szulfát, a széndioxid és ezek különböző redukciós intermedierjei szolgálhatnak oxigén donorként. Azonban „közvetlen energiafelszabadulás" csak az oxigén és nitrogén oxidok redukciójához tartozik. Az oxigén vízzé, a nitrát nitrogéngázzá alakulása termodinamikailag alig mutat különbséget. Az oxigén elsődleges elektron akceptor szerepe abban mutatkozik meg, hogy oxigén jelenlétében nincs denitrifikálás. (Payne, 1981) Az aerob oxidáció és a nitrátlégzés energetikai hasonlósága az oka, hogy a baktériumok jelentős hányada elemi oxigén hiányában, de nitrát jelenlétében közel azonos sebességű növekedésre képes. 1. ábra. A mikroorganizmusok nitráthasznosítási módjai A mikroorganizmusok kétféleképpen, asszimilációs és disszimilációs úton hasznosíthatják a nitrátot (1. ábra) (Fewson és Nicholas, 1961). Az asszimiláció az általánosabb, de így csak a közvetlenül a sejtanyagba beépülő nitrogénmenynyiség képes redukálódni. A csak baktériumokban előforduló disszimilatív nitrátredukció az a folyamat, amely nagyobb arányú nitráteltávolítást tesz lehetővé. A denitrifikálás a disszimiláció azon speciális esete, amikor a végtermék dinitrogén-oxid vagy nitrogén gáz. Eddigi ismereteink szerint denitrifikálásra a baktériumok közül is csak 60—70 faj képes, amelyek főleg a Pseudomonas, a Neiseria és a Bacillus nemzetséghez tartoznak (Delwiche, 1981). 2. 2. A denitrifikálást befolyásoló tényezők A biológiai denitrifikálás technológiai szempontból nem más, mint egy fermentáció, amelyben döntő jelentősége az alkalmazott baktérium geno-típusának van. A fokozott közegészségügyi követelményeket, az intenzív működésű bioreaktor kialakíthatóságának igényét figyelembe véve erre legalkalmasabbnak a Pseudomonas denitrificans nevű baktériumot találtuk, amely a kísérleteink során olyan kevert kultúrává alakult, amelynek inert felületen történő megtaj>adása lényegesen kedvezőbb volt, mint az eredeti tiszta tenyészeté. Ezt a kevert tenyészetet liofilizált formában tároljuk, ill. laboratóriumi szaporítás után a bioreaktor „beoltására" használjuk. A szerves szénforrás kiválasztása, a CjN arány hatása A denitrifikálás elktron donor igényét esetünkben szerves szénforrás adagolásával biztosítjuk. Mivel a nyers víz gyakorlatilag nem tartalmaz asszimilálható szerves anyagot, a teljes mennyiséget kívülről kell a rendszerbe vinni. A kérdés: mit, illetve mennyit?. Alapkövetelmény, hogy ne legyen toxikus és az alkalmazott baktérium (ok) könnyen assziinilálja(k). Külön előny, és az intenzív bioreaktor-építés szempontjából döntő jelentőségű, ha a kedvező asszimilációs tulajdonságok nem érvényesek a nyers víz saját mikroflórájára, azaz a baktérium specifikus növekedést mutat. A fenti feltételeket leginkább kielégítő organikus szénforrásnak a propionsavat találtuk, amit azonban gazdasági okok miatt etilalkohol-propionsav keverékre változtattunk. A denitrifikálás szervesanyag felhasználásának jellemzésére általánosan használt C/N arányt átlagosan 1,15-nek találtuk, ami azt jelenti, hogy egységnyi mennyiségű N0 3 _-N eltávolításához 1,15 egységnyi szerves szenet tartalmazó etanol-propionsav keverékre van szükség. A C/N arány kismértékű sejtkoncentráció-függést mutat,illetve gyakorlati értékét a nyersvíz oxigén tartalma is befolyásolja. Foszforigény A nyers, tisztítandó víz igen alacsony foszforkocentrációja feltételezhető. A biológiai folyamat foszforigényét foszfát adagolásával kell biztosítani. 100 g nitrát eltávolításához 2 g P0 4 3- szükséges. A denitrifikálás pH optimuma, a tisztított víz lúgosságának növekedése A pH mind a reakciósebességet, mind a folyamat végtermékét befolyásolja. Legkedvezőbb a pH = 7,0—8,5 tartomány. A pH<6,8-nál növekvő nitritképződós tapasztalható, jelezve, hogy a nitrát -*• nitrit reakció kevésbé érzékeny a pH csökkenésére, mint a nitrát nitrogénné történő teljes redukciója. A nitrát redukciója a víz közel sztöchiometrikus arányú, alkalitás növekedését eredményezi. Az alkalitás növekedése a pH kismértékű növekedésével jár együtt. 100 mg/dm 3 nitrátkoncentráció-csökkenós általában 0,1—0,2 egységnyi pH növekedést eredményez. Az alkalmazott szerves anyag keverés mellett a víz szabad Cü 2 koncentrációja csökken, csökkentve ezzel a korróziós veszélyt.
